有机高分子对石蜡的定形包覆研究.pdfVIP

http :// 有机高分子对石蜡的定形包覆研究1 1 1 2 1 刘星 ，汪树军* ，刘红研 ，程华 1 （中国石油大学(北京)重质油加工国家重点实验室， 北京 102249； 2 中国石油大学(北京)化工学院， 北京 102249） E-mail: wsjw@ 摘要：本文提出了以石蜡为芯材，以聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯三种高分子材料作支撑材料 的定形复合相变材料的包覆技术，分别考察了三种高分子材料对潜热为 222kJ/kg 的 17℃石 蜡的最大包覆限度为 46％、51％、73％，通过实验分析了所研制的定形复合储能材料的相 变温度、相变潜热、热稳定性等性能。通过示差扫描量热仪 (DSC)对三种定形复合相变材料 的热性能测定分析，石蜡经过高分子材料包覆之后，其相变温度有所降低，相变焓值有所提 高，而且该定形复合材料可以加工成粉体材料，为进一步应用提供了良好的条件。 关键词：定形相变材料，储能，石蜡 1 引 言 石蜡作为传统的固-液相转变材料具有贮热能力大、相变温度随相对分子质量变化、相 变行为稳定、来源丰富、价格低廉的特点。由于石蜡在工作时发生固－液相变，直接使用石 蜡作相变材料带来诸多不便，研究人员考虑多种方法将石蜡封装使用。早先的研究者直接用 金属材料制作成各种形状的容器盛装石蜡以满足不同的应用需要，这样虽然解决了固－液相 变问题，却大大增加了使用成本。近几年来人们开始研究微胶囊封装相变材料。邹光龙等人 [1]用界面聚合法合成了直径大约为 2.5 μm 的聚脲包覆正十六烷的微胶囊，其相变焓最高达 到 66J/g ；M.N.A. Hawldder等人[2]采用阿拉伯树胶、明胶等材料作壳材，用熔点为 62℃的精 制石蜡作芯材，分别用复合凝聚法和喷雾干燥法制备了微米级的微胶囊，其相变焓值大约为 105J/g 。微胶囊相变材料给应用带来了极大的方便，但是材料的包裹率低，大大降低了微胶 囊的储热能力。 定形相变材料既可以使材料在相变时保持宏观形状不发生变化，还可以提高相变材料的包裹 率，是一种极有前景的复合相变材料。定形相变材料是由两部分组成：相变材料和支撑材料。 不同的相变材料要选用与之相适应的材料作支撑材料。与石蜡相变材料对应的支撑材料往往 是聚烯烃类的高分子聚合物。而聚苯乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯则是一类对石蜡具有较好 1本题得到国家重点基础研究项目 （G2000026409）、国家建设部项目、北京市教育委员会共建项目、中国石 油大学（北京）重质油国家重点实验室开放课题项目资助。 1 http :// 相容性的通用树脂，它门可以作为与石蜡复合的包覆层和支撑骨架。其基本原理是石蜡溶胀 扩散到聚合物材料的交联网格中，形成以聚合物交联网络为支撑骨架和包覆层、以石蜡为相 变储能成分的复合型高分子定形固- 固相转变储能材料。叶宏等人[3]对这种复合相变材料的 结构进行了分析。 本文分别以聚苯乙烯 （PS ）、聚丙烯 （PP ）、和聚乙烯（PE ）为支撑材料对液体石蜡进行 包裹，考察了石蜡定形材料的制备方法，不同聚合物的最大包裹量、复合相变材料的结构分 析、定形相变材料的热性能等。 2 实验部分 2.1 实验材料与仪器 工业级石蜡 （熔点4.5 ℃，北京巨龙公司），聚苯乙烯 （燕山石化），聚丙烯 （燕山石化）， 高密度聚乙烯（燕山石化），超细CaCO3 （800 目，北京利国公司），差示扫描量热仪 DSC822e， 梅特勒 - 托利多仪器有限公司。 2.2 石蜡定形相变材料的制备 在 250mL 的四口烧瓶中安装温度计、球形回流冷凝管、恒压滴液漏斗、搅拌器，用控温 电热套作为热源。在四口烧瓶中加入一定量的聚苯乙烯，在恒压滴液漏斗中加入准确计量的 一定量的工业石蜡。开回流冷凝水，同时开电热套对聚苯乙烯加热，升温至某一温度时开动 搅拌，搅拌 60min 使聚苯乙烯